摘要：生態(tài)學(xué)中許多理論問題抽象、難懂，深入挖掘理論問題的應(yīng)用性及實(shí)踐意義，能夠使抽象復(fù)雜的問題變得具體簡明。成功課程內(nèi)容的組織和設(shè)計(jì)，能拓展學(xué)生的視野、活躍思想、激發(fā)學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)造力。對生態(tài)學(xué)理論問題的應(yīng)用性研究應(yīng)該是與生態(tài)設(shè)計(jì)理論的思想相一致，即把不和諧的事物轉(zhuǎn)化為和諧一致的事物，應(yīng)用在生態(tài)學(xué)教學(xué)上就是將重點(diǎn)和難點(diǎn)問題通過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為易懂、親和、積極的問題，使教學(xué)不限于對知識的傳授，更應(yīng)是理性的升華。

關(guān)鍵詞：生態(tài)學(xué)；理論問題；應(yīng)用性：設(shè)計(jì)

一、生態(tài)學(xué)的教學(xué)地位

生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境相互關(guān)系及其規(guī)律的科學(xué)。它既是一門理論學(xué)科，也是一門應(yīng)用性、實(shí)踐性、前沿性強(qiáng)的學(xué)科。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，為人類帶來了極大的利益，但同時加深了人口、資源、環(huán)境間的矛盾，解決這些矛盾客觀上要求生態(tài)學(xué)承擔(dān)起協(xié)調(diào)人地關(guān)系的重任。

生態(tài)學(xué)是可持續(xù)發(fā)展理論的重要基礎(chǔ)之～。生態(tài)學(xué)研究內(nèi)容深入而廣泛，理論內(nèi)容豐富復(fù)雜，指導(dǎo)性強(qiáng)。如何在有限的教學(xué)時數(shù)內(nèi)，把復(fù)雜的理論問題簡單化、實(shí)踐化、生動化，實(shí)現(xiàn)意識形態(tài)的灌輸與實(shí)踐能力培養(yǎng)的雙重效果是我們的任務(wù)。我們的教學(xué)對象無論是未來的教師，還是生態(tài)系統(tǒng)的管理者、實(shí)踐者，都應(yīng)通過生態(tài)學(xué)的學(xué)習(xí)形成高度完備的生態(tài)觀、科學(xué)的管理觀與可持續(xù)的開發(fā)利用觀。

生態(tài)學(xué)是與其他學(xué)科具有廣泛交叉的活躍學(xué)科。生態(tài)學(xué)理論、技術(shù)、方法的日新月異，從生態(tài)學(xué)教學(xué)與應(yīng)用領(lǐng)域而言，已從傳統(tǒng)的生物學(xué)科滲透到包括社會、經(jīng)濟(jì)等非自然科學(xué)領(lǐng)域。本研究以地理學(xué)科體系下生態(tài)學(xué)教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)建構(gòu)為目的展開研究，旨在地理學(xué)人才培養(yǎng)體系中充分發(fā)揮生態(tài)學(xué)的作用，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)效益的最大化。

二、生態(tài)學(xué)理論問題的表達(dá)特點(diǎn)

(一)重視分層表達(dá)

生態(tài)學(xué)研究層面多，內(nèi)容廣泛。其研究對象包括分子一細(xì)胞一器官一個體一種群一群落一生態(tài)系統(tǒng)一生物圈等幾個層次，且以各層次研究的生態(tài)學(xué)進(jìn)行獨(dú)立表達(dá)。因此，教學(xué)中應(yīng)注意強(qiáng)化理論問題系統(tǒng)性、邏輯性及其理論問題的內(nèi)在聯(lián)系。

(二)重視模型表達(dá)。在地理專業(yè)的生態(tài)學(xué)的教學(xué)中側(cè)重于種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)及生物圈生態(tài)學(xué)的研究。對不同尺度的研究內(nèi)容用數(shù)學(xué)模型對事物的變化及內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行科學(xué)的表達(dá)更容易揭示事物的本質(zhì)與規(guī)律，但應(yīng)加強(qiáng)模型的生態(tài)意義與應(yīng)用性的闡述。

(三)重視結(jié)果表達(dá)。生態(tài)學(xué)各研究層次中均有重點(diǎn)和難點(diǎn)理論，目前，多數(shù)生態(tài)學(xué)教材對理論問題的表達(dá)偏向強(qiáng)調(diào)結(jié)果，而對內(nèi)在機(jī)制分析不足。因此，教學(xué)中應(yīng)注意過程及內(nèi)在機(jī)制的分析。

三、生態(tài)學(xué)理論問題的應(yīng)用性設(shè)計(jì)探討

(一)種群的動態(tài)變化問題

種群生態(tài)學(xué)研究的核心問題就是種群的動態(tài)變化，該問題既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。其中，在講種群的邏輯斯諦增長規(guī)律的應(yīng)用時，我們例舉了人口數(shù)量與地球的承載能力的關(guān)系的三種變化模式：

第一，理想模式：指人口數(shù)量按指數(shù)增長，緩慢的以“s”型曲線增長，并以漸近線的形式接近人口承載力“K”，這種溫和而非過激的增長不會造成對環(huán)境的傷害，是理想的發(fā)展模式。

第二，不理想模式：指人口數(shù)量的增長先超過地球承載能力，然后又由于資源環(huán)境的脅迫而降到承載能力之下，再經(jīng)波動后接近承載力K，最終人口數(shù)量才趨于穩(wěn)定，是一種動蕩的、波浪式的增長。

第三，極不理想模式：這是一種不正常的增長情況，即人口數(shù)量的增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地球承載能力K，致使生態(tài)系統(tǒng)中的某些要素受到嚴(yán)重破壞，從而導(dǎo)致承載能力下降至較低的承載能力K’，人口數(shù)量也迫降到K’容許的新的地球承載能力。

對該問題的分析，既揭示了種群J增長與S增長間的關(guān)系，又反應(yīng)了人類種群管理乃至生物圈管理的深層次問題，實(shí)例恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用與選擇可以使知識得以深化、升華，讓學(xué)生站在更高的視角去觀察和思考問題。

(二)群落生態(tài)學(xué)問題

重點(diǎn)講授植物群落的結(jié)構(gòu)及其動態(tài)變化等知識。群落生態(tài)學(xué)是農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)發(fā)展的必要的理論基礎(chǔ)，在土地利用、自然保護(hù)等諸多領(lǐng)域都具有重要意義。

1 群落的空間結(jié)構(gòu)

生物群落作為一個有機(jī)實(shí)體，它在空間結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為群落的垂直分層現(xiàn)象和水平鑲嵌現(xiàn)象的特點(diǎn)。以群落垂直結(jié)構(gòu)為例，群落的垂直結(jié)構(gòu)保證了生物對空間和資源的充分利用，促進(jìn)了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高。茶膠模式是對群落垂直結(jié)構(gòu)理論的成功的應(yīng)用，兼?zhèn)渖鷳B(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會效益。介紹茶膠模式是群落結(jié)構(gòu)教學(xué)的基礎(chǔ)，教學(xué)中更應(yīng)重視的是對茶膠結(jié)構(gòu)內(nèi)在機(jī)制，及對群落垂直分層生態(tài)特征的分析，這樣才能激活并引發(fā)學(xué)生更廣泛的思考。

群落的生態(tài)設(shè)計(jì)問題。所謂生態(tài)設(shè)計(jì)是將系統(tǒng)中矛盾的事物轉(zhuǎn)化為和諧一致的事物。群落中人類的需求與自然的給予間總是存在多種多樣的矛盾，協(xié)調(diào)矛盾而不是激化矛盾，這是生態(tài)設(shè)計(jì)的宗旨。如桑基魚塘模式是生態(tài)設(shè)計(jì)的成功范例，他們將人與水之問的矛盾轉(zhuǎn)化成人水之間的和諧。教學(xué)中我們提出了黑龍江省三江平原資源利用中的矛盾問題，提出了大慶地區(qū)水污染、水資源匱乏與環(huán)境需水量大等環(huán)境保護(hù)問題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，形成一系列有創(chuàng)意的探討。增強(qiáng)了學(xué)生責(zé)任意識與使命感。

2 群落的動態(tài)

任何一個生物群落都是一個動態(tài)實(shí)體，按動態(tài)變化的時間長度可分為：群落日變化、月變化、季相變化、年際波動與演替等。動態(tài)變化的現(xiàn)象是教材所體現(xiàn)的內(nèi)容，我們將現(xiàn)象分析與生態(tài)系統(tǒng)管理聯(lián)系起來則增加了學(xué)習(xí)的目的性、生動性與理性的升華。以日變化為例，結(jié)合植物生長特點(diǎn)，在溫室、大棚的管理中，科學(xué)地利用植物在白天的光合作用能力同化更多的有機(jī)物，同時注意控制夜間溫室溫度減少植物自身的呼吸與代謝，以形成更多的凈積累，達(dá)到提高生物生產(chǎn)力的目的，并要求學(xué)生舉一反三的應(yīng)用群落的動態(tài)變化規(guī)律指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，這樣的教學(xué)可形成良好的互動。

群落演替頂極理論是群落動態(tài)理論的難點(diǎn)，在講授三個頂極理論的基本內(nèi)容時，引進(jìn)了時間尺度的概念，這一概念雖超過了生態(tài)學(xué)的研究范疇(尺度為景觀生態(tài)學(xué)中的研究內(nèi)容)，但在揭示單元和多元頂極論間矛盾的根源問題上確有撥云見日、一語見地的功效。同時在講頂極格局說時，讓學(xué)生分析與三個頂極理論形成有關(guān)的群落性質(zhì)思想的繼承特征。使學(xué)生從根源上認(rèn)識三個頂極理論的本質(zhì)，把握三個頂級理論之間的區(qū)別與聯(lián)系(表1)，教學(xué)效果很好。

3 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論

生態(tài)系統(tǒng)研究是現(xiàn)代生態(tài)學(xué)研究的主流。重點(diǎn)介紹生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能。

(1)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動

生態(tài)系統(tǒng)作為以太陽能為能量基礎(chǔ)的系統(tǒng)，它完全符合研究能量轉(zhuǎn)化的物理學(xué)中的熱力學(xué)定律。講授中我們介紹了熱力學(xué)第一、第二定律及耗散結(jié)構(gòu)理論。并通過分析推演將三個獨(dú)立的理論有機(jī)的聯(lián)系在一起。

特別是當(dāng)介紹耗散結(jié)構(gòu)理論偉大貢獻(xiàn)時，將熱力學(xué)第二定律的局限性與耗散結(jié)構(gòu)的創(chuàng)造性及二者的研究前提(孤立系統(tǒng)、開放系統(tǒng))的本質(zhì)差異做了很好的說明。耗散結(jié)構(gòu)的意義在于：一方面成功地解決了克勞修斯和達(dá)爾文的矛盾。即退化與進(jìn)化的矛盾?？藙谛匏沟臒崃W(xué)第二定律，表明一個孤立的系統(tǒng)會向均勻、簡單、消除差別的方向發(fā)展。然而，我們所觀察到的生物界的進(jìn)化恰好與之相反，即由簡單到復(fù)雜，由低級到高級發(fā)展。耗散結(jié)構(gòu)的研究對象處于遠(yuǎn)離平衡態(tài)、非線性區(qū)內(nèi)的開放系統(tǒng)中。這個矛盾在明確了研究前提后得到了科學(xué)的解決，使兩個根本對立的矛盾得到了統(tǒng)一。即在有足夠的負(fù)熵輸入的情況下系統(tǒng)會出現(xiàn)從無序向有序的方向發(fā)展，符合生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方向。另一方面，耗散結(jié)構(gòu)理論為研究復(fù)雜系統(tǒng)的演化，特別是研究演化中的突變行為，提供了科學(xué)根據(jù)?！疤剿鲝?fù)雜性”是耗散結(jié)構(gòu)理論的重要任務(wù)，研究系統(tǒng)演化中的突變行為是系統(tǒng)研究中非常令人困惑的棘手問題，耗散結(jié)構(gòu)理論則使這一問題迎刃而解，堪稱科學(xué)奇跡。如激光這一現(xiàn)象的形成很好地詮釋了系統(tǒng)由無序到有序過程中的突變行為及系統(tǒng)發(fā)展中的閾限問題，這一研究使生態(tài)系統(tǒng)理論的發(fā)展出現(xiàn)了巨大的飛躍。該問題雖是理論分析的延展，但教學(xué)效果甚好。

能流分析中生態(tài)效率是一個很重要的概念，但教材上直接給出幾個基本的效率公式，這種表達(dá)方式學(xué)生不容易把握生態(tài)效率研究的重要性及意義，缺少親和力，學(xué)生只能機(jī)械地記憶幾個效率比值，知識得不到升華，鑒于此我選擇了幾個生動的例子講解各效率公式，如以組織生產(chǎn)效率為例，變溫動物的組織生產(chǎn)效率遠(yuǎn)大于恒溫動物(蝗蟲37％，鼠3％)，同樣喂食蝗蟲和田鼠50千克食物，蝗蟲增重6.85千克，而田鼠只長0.7千克。那么，在以生產(chǎn)動物蛋白為目的的生產(chǎn)管理中，增加變溫動物的生產(chǎn)有利于節(jié)約能量，大大提高生產(chǎn)效率。

(2)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)

在全球變化問題引起人的高度關(guān)注的情況下，碳循環(huán)成為全球變化中的研究重點(diǎn)。如何將這一問題講深、講透變得非常重要。我們采取了以機(jī)制探討為突破口的思路。調(diào)動和引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的地理學(xué)基本理論推衍全球變暖后全球大氣環(huán)流形式的變化。由陸地降水分布、溫度分布及水熱組合模式，分析了在我國典型的大陸性季風(fēng)條件下可能出現(xiàn)的一系列生態(tài)后果，并結(jié)合玉米、水稻、小麥等大宗作物生長特性與未來新水熱組合的氣候特征間的關(guān)系，探討和揭示了未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面對的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，同時，也對林業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行了全球變暖后正負(fù)效應(yīng)的辨證分析。這樣組織的一節(jié)課讓學(xué)生學(xué)得主動，學(xué)得痛快，既是對已有知識應(yīng)用一次實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，又是對未來發(fā)展趨勢做出的理性分析與思考。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)教師講的入境，學(xué)生聽的興奮，效果甚佳。

4 對概念的詮釋及其應(yīng)用性思考

以生物量與生產(chǎn)量為例，這是兩個很簡單的概念。教學(xué)中我們設(shè)計(jì)了幾個開發(fā)學(xué)生分析能力的問題。如：以單位水體(池塘)為例，1)如何實(shí)現(xiàn)底棲生物的最大現(xiàn)存量?2)如何實(shí)現(xiàn)底棲生物的最大生產(chǎn)量(以年為單位)?3)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中如何結(jié)合所學(xué)生態(tài)學(xué)理論對水體進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)與管理以實(shí)現(xiàn)效益最大化?

第一個問題很簡單，只要不向系統(tǒng)外輸出底棲生物即可實(shí)現(xiàn)。第二個問題則需要一個調(diào)查結(jié)果來說明，即水體中當(dāng)有底棲動物的捕食者時，每年底棲動物的生產(chǎn)量是無捕食者時的17倍之多。這一問題也可結(jié)合邏輯斯諦增長規(guī)律進(jìn)一步說明，即當(dāng)生物的現(xiàn)存量在K／2左右時，種群個體數(shù)量NO較大，環(huán)境剩余空間也較大，根據(jù)邏輯斯諦增長模型：

dN／dt=NO×r(1－N／K)

這時種群的自然增長速度很快，應(yīng)用在生產(chǎn)上則種群的生產(chǎn)效率很高。第三個問題則是一個涉及對水體生產(chǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行生態(tài)設(shè)計(jì)的問題，包括對垂直結(jié)構(gòu)的科學(xué)配置及對水生生物的適時捕撈，以實(shí)現(xiàn)PN／PG的效益最大化等。這雖是對簡單概念的學(xué)習(xí)，但通過教學(xué)設(shè)計(jì)，即可極大地提升學(xué)生的認(rèn)知與思考空間。

三、結(jié)論與思考

1 成功的課程內(nèi)容組織與內(nèi)容設(shè)計(jì)，不僅能達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果，更重要的是能開拓學(xué)生的視野、活躍學(xué)生的思想、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)造力，啟迪學(xué)生的探討真理，揭示規(guī)律的靈感。

2 科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)要求教師本身對課程內(nèi)容有深入的理解。要在教學(xué)上舍得花心思、花力氣，并在教學(xué)和科研中不斷提高自己的能力與認(rèn)識水平。

3 對生態(tài)學(xué)理論問題的應(yīng)用性研究不僅僅是舉恰當(dāng)?shù)膶?shí)例說明問題，這種研究應(yīng)該是與生態(tài)設(shè)計(jì)理論的思想具有異曲同工之妙。生態(tài)設(shè)計(jì)思想的本質(zhì)在于把不和諧的事物轉(zhuǎn)化為和諧一致的事物，應(yīng)用在生態(tài)學(xué)教學(xué)上就是將重點(diǎn)和難點(diǎn)問題通過設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為易懂、親和、積極的問題。

4 引入自我超越機(jī)制。教學(xué)不只應(yīng)停在對知識的簡單傳遞上，更應(yīng)重視理解和升華，知識的簡單傳遞是教學(xué)中的簡單勞動，而對知識的理解升華則是開啟智慧的復(fù)雜的、高質(zhì)量的創(chuàng)造性勞動。